Sensirion »CMOSens«-Sensortechnologie für smarte Gaszähler

Die CMOSens-Technologie vereint das Sensorelement und die gesamte Auswertelektronik auf einem einzigen kleinen Siliziumchip
Die CMOSens-Technologie vereint das Sensorelement und die gesamte Auswertelektronik auf einem einzigen kleinen Siliziumchip

Die thermische Massenflussmessung zählt traditionell zu den Standards in der Messung und Dosierung von Gasflüssen. Sensirion hat diese Messmethode nun mit seiner patentierten »CMOSens«-Technologie optimiert. Für Hersteller intelligenter Gaszähler könnten sich daraus ganz neue Perspektiven ergeben.

Sensirions »CMOSens«-Technologie steht für die Verschmelzung des Sensorelements und der analogen und digitalen Auswertelektronik auf einem winzigen, im Standardprozess gefertigten CMOS-Siliziumchip. Diese Integration stellt sicher, dass die empfindlichen analogen Sensorsignale störungsresistent und hochpräzise verstärkt und digitalisiert werden können – was wiederum in einer sehr hohen Messgenauigkeit bei kleinstem Stromverbrauch resultiert. Und weil störanfällige Lötstellen entfallen, erreichen die Sensoren zudem eine hohe Langzeitstabilität. Beide Faktoren sind elementar in der Gasflussmessung, die in Zukunft zunehmend von intelligenten Gaszählern erledigt werden soll.

Funktionsprinzip des CMOSens-Massenflussmeters

Für die Integration eines thermischen Strömungssensors auf einem Siliziumchip hat Sensirion für die CMOSens-Gasströmungssensoren einen aufwendigen, aber robusten Ansatz gewählt: Von hinten wird eine nach vorne geschlossene, druckstabilisierte und mit Glas passivierte Membran in den Siliziumchip geätzt. 

Die plane Glasoberfläche verhindert, dass sich Schmutz festsetzen kann. Gleichzeitig erlaubt die druckfeste Membran mit einer entsprechenden Hinterlüftung den Einsatz selbst bei harten Druckstößen.

Auf dieser druckstabilen Membran wird in der Mitte ein steuerbares Heizerelement und symmetrisch davon jeweils aufwärts und abwärts in Strömungsrichtung je ein Temperatursensor aufgebracht. Jede Strömung über dieser Membran verursacht eine thermische Verfrachtung der Wärme zum stromabwärts gelegenen Temperatursensor und generiert somit durch die entstandene Temperaturdifferenz ein präzise messbares Signal. Dank der geringen thermischen Masse der Membran reagiert der Sensor in nur 1,7 ms (1/e) auf Änderungen der Gasströmung.